简述短肢剪力墙结构设计建议

引言

目前随着科学技术的发展,人们对建筑的经济实用性的要求不断提高,在这种情况下我国技术人员提出了短肢剪力墙的概念.这种体系不仅具有异形柱不凸出墙面的优点又能弥补异形柱的抗震性能差,且造价也比异形柱低. 在功能上既能满足大开洞,采光通风的要求,又能灵活布置,所以无论是业主还是设计人员对此结构体系都比较喜欢,并且建设部已将这种结构体系作为新型体系加以推广.

一、短肢剪力墙结构的简介

根据《高层混凝土技术规程》（以下简称《高规》）规定：短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙.但这种剪力墙刚度较小在抗震方面的性能比较差,则在《高规》中规定筒体和一般剪力墙承受第一阵型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%,即短肢剪力墙不宜过多布置应与筒体或一般剪力墙共同布置,为了方便设计我们通常利用中部或两边的竖向交通区设置较多的剪力墙组成一个较为完整的或基本完整的筒体.

二、短肢剪力墙结构设计简述

1.概念设计

对短肢剪力墙初步概念设计时应考虑以下内容：

1.1由振动台实验观察短肢剪力墙结构体系一般为“强肢弱梁”结构在低周期反复荷载作用下结构外面边缘转角处是薄弱环节,由于平面外刚度很小很容易发生扭转,则边缘转角处的混凝土在扭转作用下先于其它开裂.为了防止结构发生扭转先开裂应在此薄弱环节和转角布置一般剪力墙增加平面外刚度.

1.2由于短支剪力墙平面外刚度很小,在单面集中应力作用下很容易使剪力墙产生早期的裂缝而影响正常使用,为了防止早期的裂缝影响正常使用,则在布置结构时应尽量避免梁与剪力墙单面相交,若无法避免则应在集中应力处设置暗柱,型钢或增加墙厚来加墙平面外刚度.

1.3由于短肢剪力墙内力、延性受φ（剪力墙整体性系数）,ζ（剪力墙肢强系数）的影响为：ζ一定时随着φ的增大整体弯矩增加而局部弯矩降低；当φ一定时整体弯矩随着ζ的减少而增大.所以φ与ζ的不同组合对结构的延性不同,则应适当选取φ与ζ组合（由于《高规》中只给φ≧10时的ζ当φ≦10则建议在设计短肢剪力墙时当参考文献2给出的ζ）.

1.4根据文献3知反弯点的高度与φ与ζ有关又知反弯点是整体弯矩与局部弯矩强弱的一个综合指标则在抗震设计中整体弯矩越大整体性越好即反弯点越高越好,所以在抗震设计时候更应该对选取φ与ζ进行验算.

1.5截面形式：由于短肢剪力墙抗震性能差则在设计时尽量选用“T”型“L”型或“Z”型等增大惯性矩.

2.计算机程序设计

短肢剪力墙目前一般用有限元分析和连续连杆法,目前国内大多数采用中国建筑设计研究院PKPM系列软件的TAT或SATWE软件来计算.其中TAT采用三维空间模型对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理,对梁柱采用空间杆系计算原理,为了使结构受力更合理,应对其要简化则在计算短肢剪力墙时按剪力墙开洞计算,中间的连梁当梁来计算而一般连梁跨高比都小于5这样计算出来误差比较大且TAT中楼板采用刚性楼板检测定,即平面内刚度无限大,平面外为零,对一些板厚不大,开小洞的楼板误差很小.SATWE软件对剪力墙的分析是壳元理论来模拟,不仅考虑平面内刚度而且还考虑平面外刚度且对剪力墙洞口尺寸和位置无限制更加实用,所以能很好地模拟真实受力状态.对楼板也有很好的简化检测设,即整体平面内无限刚,分块无限刚,分块无限刚带弹性连接板带.让TAT与SATWE对比发现对于一般规则不复杂的剪力墙在刚度,抗震,内力,位移计算时不同：TAT计算出来的值有点偏大,这样在内力分配时不同,可能不满足设计要求.则建议在一般情况下用SATWE比较好,当然对于那些比较复杂结构,根据《高规》应至少采用2个不同力学模型的结构分析软件进行,则此时TAT与SATWE相互补充.

3.设计时应注意的问题及建议

当进行短肢剪力墙设计时由于是按联肢剪力墙设计所以也属于剪力墙设计范畴,则应满足一般剪力墙事项.

3.1轴压比的控制：在剪力墙设计时一定量的轴压比确实能提高承载力但延性却降低,所以在设计时应考虑轴压比同时也应该在两端设置边缘约束来提高延性,尽量使其不发生剪切破坏.

3.2短肢剪力墙应设计成“强剪弱弯”的形态.目的是为了让其在破坏时不发生脆性破坏尽量提高变形能力,一般剪力墙最大的弯矩发生在底部,因此在设计时应调控底部竖向钢筋的配筋率使其具有较好的延性.

3.3连梁应设计成“强剪弱弯”且低于墙肢强度使其在地震破坏时连梁先于墙肢屈服,使其产生较大的变形保证墙肢的安全.所以在设计时对连梁弯矩进行调幅.

3.4在混凝土的选择上不应低于C25因为混凝土强度等级虽对抗弯承载力影响不大但是对延性影响很大,随着混凝土的提高延性也提高尤其是对带翼缘的短肢剪力墙延性提高的更为明显,所以在抗震设计时应考虑混凝土的强度等级.

3.5在设计中应尽量保持梁和短肢墙的轴线重合, 避免多个方向垂直于墙端受力, 在水平荷载作用下墙体受扭会加重粘结破坏, 降低承载力.个别超过两个方向交汇连接有无法将梁贯通的部位( 如楼梯间与卫生间交接部位和过于复杂的房型布置) , 应采取局部加厚墙体等办法保证节点区约束.

三、抗震构造

1.抗震设计时由于短肢剪力墙抗震性能差则对短肢剪力墙设计时应提高一级.

2.由于设计时短肢剪力墙要设计成“强剪弱弯”则剪力除了底部加强外其上部各层在一、二,级抗震等级下分别放大1.4和1.2倍.

3.在抗震设计是对于那些无翼缘或者端柱的“一”字型短肢剪力墙对轴压比产生影响则轴压比限制降低0.1.

四、结束语

随着社会的发展人们对建筑功能的需求越来越高,而短肢剪力墙自身的优点能很好的满足人们的需求,所以未来它将在多、高层住宅中有着广阔的发展前景.